TW518718B - Method for forming damascene interconnection of semiconductor device and damascene interconnection fabricated thereby - Google Patents

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Seung-Man Choi
Ki-Chul Park
Hyeon-Deok Lee
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Samsung Electronics Co Ltd
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Description

518718 A7 _______B7 五、發明説明（1 ) 本申請案係2000年1〇月9日申請之韓國專利申請案第 2000-59302號的對應本，本案並主張優先於該案，該案之 内容以全文引用的方式併入本文中。 發明背景 鳘ja範疇 本發明4 ¥係關於一種製作半導體裝置的方法，以及由 此製作之4導體裝置。更特定言之，本發明係關於一種形 成半導體裝置之鑲嵌互連的方法，以及由此製作之鑲嵌互 連。 相關枯藝說明 隨著半導體裝置變得更小且更加緊密地集成，裝置元件 之間低電阻互連的需要變得顯而易見。使用最廣泛的連接 方法是使用銅來形成金屬互連。和如鋁或鎢等其他傳統互 連材料比較，銅具有較低的電阻係數，且對電遷移有一較 南的阻力。 可是使用銅的一個缺點是很難藉由乾式蝕刻技術應用圖 案化過程。因此，藉由鑲嵌過程來形成銅互連。此一鑲嵌 過程包括下列一般步驟。 在絕緣層中形成一開口（如經由孔洞或凹槽）。接著，在 形成銅層後，實施平面蝕刻程序，以填充此一開口。通常 使用電鍍的技術以形成銅層。為了形成此一銅層，剛開始 時形成薄的導體層（亦即種子層），使電流流動成為可能。 而且，為了用銅填充開口而無空隙，需要在開口的側壁形 成連續的種子層。結果，種子層的沈積特性對所生成之銅 -4 - i張尺度適财S S家標準(CNS) A4規格(210X 297公董) ： --- 518718 A7
互連層的特性，具有很大的影響。 傳、’先上，使用物理氣體沈積（pVD)技術來形成種子層。 隨著半導體裝置變得更高度地集成，w案的大小減少：而 f縱橫尺寸比則增加’目而要求更佳的步階披覆特性。於 是，使用離子化物理氣體沈積（PVD)過程，其中電漿中的 粒子是游，且沈積的。在離子化物理氣體沈積（pvD)過程 中，籍由嚐漿之鞘位能將離子化的粒子加速到半導體基板 上，而其後，此等離子化的粒子便沈積於半導體基板上。 對半導體基板施加一偏壓，如此使得沈積的方向與加速特 I*生麦得更大’以加強銅種子層的步階披覆特性。此一離子 化物理氣體沈積（PVD)過程係使用如圖i與圖2所示之傳統 離子化物理氣體沈積（pVD)裝置來完成。 圖1顯示使用平板式乾子之物理氣體沈積（PVD)裝置。對 應於一陰極之靶子1 〇被安排在處理反應室27的上面部分。 此一乾子1 0係連結到施加電源的電源源2 〇，以便形成電漿 1 7。對應於知極之夾盤12被安排在處理反應室2 7的較低部 分’與靶子10相對。半導體基板（未顯示）被放在夾盤12的 上表面。此一夾盤12連結到施加偏壓之射頻（RF)電源源25 ’以便加速離子到半導體基板。在處理反應室27中，使用 線圈1 5以離子化電漿1 7中的粒子。雖然未顯示於圖中，施 加射頻電源之電源源係連結到線圈1 5。 圖2顯示使用圓柱狀靶子的物理氣體沈積（PVD)裝置。圓 柱狀之靶子30被安排於處理反應室45的上面部分。此一靶 子3 0係連結到施加電源的電源源40，以便形成電漿37。夾 —·5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 518718
盤32被安排在處理反應室45的較低部分，與靶子％相對。 此一夾盤32連結到施加偏壓之射頻（RF)電源源42，以便加 速離子到半導體基板。如果對靶子3〇施加電源，則於圓柱 狀靶子30中形成電漿37。因此，圖2中之電漿37的密度高 於圖1之處理反應室27中所形成之電漿17的密度。未施加 射頻電源，電漿3 7中之粒子便可離子化。 不幸地」，假如使用傳統離子化物理氣體沈積（pVD)過程 來形成銅種子層，則如圖3所示’銅種子層的輪廓會在開 口的側壁退化，且發生突出部分的現象。圖3是顯示銅種 子層輪廓的剖面圖，此一銅種子層係使用傳統離子化物理 氣體沈積（PVD)過程來形成的。在形成於半導體基板5〇上 之絕緣層5 2中形成開口 5 5之後，使用離子化物理氣體沈積 (PVD)過程來形成銅種子層58。既然在離子化物理氣體沈 積（PVD)過程期間，電漿中的銅離子被加速到半導體基板 5〇，其以相當直或線性的路徑發出。於是，沿著水平面 (垂直於加速離子之路徑）’亦即絕緣層5 2之頂部表面5 7 a 與開口 55之底部表面57c，來檢視時，銅種子層58具有良 好的輪廊。可是’沿著垂直面（平行於力U速離子之路徑）， 亦即開口 5 5之側壁5 7b，來檢視時，此一銅種子層5 8具有 一退化的輪廓。 既然這樣，銅種子層58在開口 55之側壁57b上的厚度是 不夠的。此外，如圖3所示，在開口 5 5發生突出部分的現 象’以致於在後續過程中，使用電鍍技術無法均句地填充 開口 5 5，以形成銅層，因而產生空隙。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518718
發明概要 有鑑於以上所述’本發明之目的在提供一種形成具有銅 層之鑲嵌互連的方法’此_銅層中無空隙填充，i係藉由 在開口的側壁上形成具有改良之步階披覆的種子層來形成曰。 本發明之另…’在藉由視需要移除形成於較低之傳 V上的障，層，來提供一種形成低接觸電阻之鑲嵌互連的 方法。 -
本發明之進一步目的在提供一種鑲嵌互連結構，此一姓 構具有無空隙填充的銅層，並具有低的接觸電阻。 、，根據本發明之一態樣，提供一種形成鑲嵌互連的方法。 f先’在半導體層上形成絕緣層。圖案化與㈣此一絕緣 層’以形成暴露基板之預定區域的開口。形成種子層以覆 盖開口之側壁與絕緣層之頂部表面。在種子層上形成銅層 訂
’以填充開口。接著，+面地蝕刻銅層到絕緣層的頂部表 面0 、此一種子層以使用離子化物理氣體沈積（PVD)裝置來形 ' 此裝置具有相應於陰極之靶子與相應於陽極之 夾盤，其中對乾子施加製造電漿的電源，並對夾盤施加加 連離子的射頻（RF)偏壓。此一夾盤安置成與靶子相對。 此一種子層以沈積於形成開口之生成的結構上較佳。而 且，在開口的底部重新濺射此種子層，因而重新沈 口的側壁。 、 Ί 。根據本發明之另—態#，提供一種形成鑲嵌互連的方法 首先圖案化絕緣層，以形成暴露基板之預定區域的開
518718 發明説明（5 口。使用離子化物理氣體沈積(PVD)過程，在形成開口之 生成結構的整個表面上形成種子層。形成種子層被 個步驟。纟第-個步驟中，重新賤射開口底部:種， 因而重新沈積於開口的側壁。因此，_ 對地比側壁上的種子㈣。在第二個步驟中，在形成開口 之生成結構的整個表面上形成另一種子層。在整個表面上 形成銅層《填充開Π，接著平面地㈣到絕緣層的上表面。 、此一種子層以使用離子化物理氣體沈積（PVD)裝置來形 成較佳一裝置具有相應於陰極之乾子與相應於陽極之 夾盤’其中對&子施加製造電漿的電源、’並對夾盤施加加 速離子的射頻（RF)偏壓。此一夾盤安置成與靶子相對。 在第二個步驟中，供製造電漿的電源以相對地高於第一 個步驟中供製作電漿之電源，且第二個步驟之射頻（rf)偏 壓以相對地低於第一個步驟之射頻（RF)偏壓較佳。 本發明之鑲嵌互連結構包含半導體基板、形成於基板上 之絕緣層、穿透此一絕緣層以暴露基板之預定區域的開口 ，以及至少在開口之側壁上形成的種子層。 圖式之簡單說明 圖1顯示傳統離子化物理氣體沈積（PVD)裝置的概圖，此 一裝置係使用平板狀靶子； 圖2顯示傳統離子化物理氣體沈積（pvD)裝置的概圖，此 一裝置係使用圓柱狀靶子； 圖3顯示種子層的剖面圖，此一種子層係使用圖1或圖2 之物理氣體沈積（PVD)裝置來形成的； -8 _ 本紙張尺度適用巾國S家鮮(CNS) A4規格(210 X 297公董) 518718 A7 B7 發明説明 圖4A至圖4F係解說形成鑲嵌表 人嘴甘入立運之方法的剖面圖，此 一方法係根據本發明之第一個具體實施例； 圖5A至圖5C係解說形成鑲嵌互連之方法的剖面圖，此 一方法係根據本發明之第二個具體實施例； 圖6A至圖6C係解說形成鑲嵌互連之方法的剖面圖，此 一方法係根據本發明之第三個具體實施例； 圖7A顯^示銅種子層之掃睇式電子顯微鏡（sem)照片，此 一銅種子層係使用先前技藝之物理氣體沈積（pvD)技術來 形成的； ^ 圖7B是圖7A之一部份的放大圖； 圖8A顯示銅種子層之掃瞄式電子顯微鏡（SEm)照片，此 一銅種子層係根據本發明之較佳具體實施例；及 圖8B是圖8A之一部份的放大圖。 較佳具體實施例說明 在下文中，參考顯示本發明較佳具體實施例之附圖，將 更元全地敘述本發明。可是，本發明可以不同之形式來， 施，而不應被想成受限於本文所提出之具體實施例。更= 確地說，提供這些具體實施例使得本發明是詳盡與完整的 ，且將本發明之範圍完全地傳達給熟諳此藝之士。自始至 終，同樣的數字意指同樣的元件。 圖4 A至圖4F係解說形成雙重鑲嵌結構銅互連之方法的 剖面圖’此一方法係根據本發明之第一個具體實施例。 在圖4A中’在半導體基板1〇〇上形成第一個絕緣層 與第一個金屬互連106。使用如鑲嵌過程之傳統技術，在 -9-
518718 A7 -------- - B7 五、發明説明（7 ) 第一個絕緣層102上形成第一個金屬互連1〇6。第一個金屬 互^ 1〇6，舉例來說，以由銅製成，且於第-個絕緣層102 與第一個金屬互連l06之間形成障壁層I”較佳。 在圖4B中，於含有第一個金屬互連1〇6之第一個絕緣層 1。〇2上，形成第二個絕緣層1〇8。使用兩步驟之微影蝕刻過 私’來B寧化第二個、絕緣層i〇8，以形成具有雙重镶嵌結 構的開口-ί 12。舉例來說，在第二個絕緣層⑽上，形成用 來形成凹槽的光阻圖案（未顯示）。使用用來形成凹槽的光 阻圖案作為蝕刻光罩，蝕刻第二個絕緣層108的頂部表面 以形成凹槽110。移除光阻圖案後，在形成凹槽ιι〇之生 成、（構的整個表面上，形成用來形成小徑孔⑺a h〇⑷的第 二個光阻圖案（未顯示）。使用形成小徑孔的第二個光阻圖 案作為Μ光罩，#刻第二個絕緣層1〇8，以形成小徑孔 η使得第一個金屬互連1〇6的預定區域暴露出來。因此 ’形成具有雙重鑲嵌結構之開口 ！ 12，此一鑲嵌結構包括 小徑孔1 1 1與凹槽1 1 0。 形成開口 1 12後，以實施清潔過程來移除氧化層較佳， 此一氧化物層係形成於第一個金屬互連1〇6之暴露的表面 上°在清’潔過程中’藉由使用氬電衆之射頻（rf)姓刻技術 來移除此一氧化物層。或者是使用氫氣來還原氧化物層。
、j圖4C中，在形成開口 112之生成結構的整個表面上形 成障壁層115。如果金屬互連層是由銅製成，則障壁層ιι5 係j來防止銅粒子擴散到第二個絕緣層1〇8。此一障壁層 為單或夕層舉例來說，係由選自由Ti、丁iN、w、WN -10-
518718 A7 ____ B7 五、發明説明（8 ) 、Ta、TaN，與其所有混合所組成之群所製成。 在圖4D中，在障壁層115上，形成用來形成銅層之種子 層1 1 7，以作為傳導層。此一種子層丨丨7，舉例來說，以選 自由銅、鋁’與其混合所組成之群所製成者較佳。舉例來 說，使用圖1或圖2中之物理氣體沈積（PVD)裝置來實施離 子化物理氣體沈積（PVD)過程。 現在，下文中，將敘述用來形成本發明之種子層^7 的過程，此一過程係使用圖2顯示之物理氣體沈積（pVD)裝 置在其上形成^壁層11 5之基板1 〇 〇，被裝載到處理反應 至4 5中之夾盤3 2上。將處理氣體（如氬氣）補充到處理反應 室45中’並對靶子3〇施加製造電漿的電源（如直流（Dc)電 源）。藉由氬離子從靶子30濺射出來之離子化的粒子，與 电水37中的粒子碰撞。對夾盤32施加用來加速電漿η中之 離子的射頻（RF)偏壓。所施加之射頻（RF)偏壓加速離子的 方向與能量，改善了種子層117的步階披覆特性，並加強 了種子層1 1 7的重濺射現象。 控制離子化物理氣體沈積（PVD)的變數以最佳化種子層 1 17的輪廓，此一種子層丨丨7係形成於開口丨丨2之側壁上。 換句話說，控制施加到靶子30之用來製造電漿的電源，以 及施加到夾盤32之射頻（RF)偏壓’以於開口 1丨2之側壁與 第二個絕緣層1 08之頂部表面上，形成具有足夠厚度之連 續種子層117。重新濺射沈積於開口 112底部之初始種子層 Π7，以重新沈積於開口丨12之側壁較佳，此舉改善了形成 於開口 112侧壁之種子層117的輪廓。因此，留在開口 112 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 518718 A7 B7 五、發明説明（9 ) 底部之種子層117，相對地比形成於開口丨12側壁之種子層 117 薄。 在下文中，將更完全地敘述在種子層117的形成上，射 頻（RF)偏壓對加速製造電漿與離子能力的影響。當使用離 子化物理氣體沈積（PVD)過程來形成一層時，既然其垂直 於加速離子的路徑，沈積與蝕刻技術係一致地發生於半導 體基板ΙΟβ的水平面上。另一方面，平行於加速離子路徑 之側壁上的沈積速度比水平面上的沈積速度慢得多。此外 ，側壁正常情況不是用蝕刻技術的。 假如減少製造電漿的電源以減緩蝕刻速度，則可以降低 水平表面的沈積速度，而不影響側壁的沈積速度。尤其是 和其他水平表面比較起來，具有大縱橫尺寸比之開口 1 12 之底部的沈積速度是慢得多。假如充分地降低側壁的沈積 速度，則會重新濺射形成於開口 112底部之種子層117，而 於其他水平的表面上充分地沈積種子層丨丨7。在此情況下 ，因為將重新濺射到開口 112底部的粒子重新沈積到側壁 上，所以可以改善形成於開口 112側壁之種子層117的輪 廓。 在圖4E中，在形成種子層117之半導體基板ι〇〇的整個表 面上，形成填充開口 112的銅層12〇β銅層12〇以使用電鍍 ，術來形錢佳。既然在開口 112的側壁上形成具有足夠 厚度之連續的種子層丨17，電鍍技術使得以銅層12〇無空隙 填充開口 112成為可能。最後，在至少攝氏2〇〇度的溫度實 施退火過程，以加強障壁層115與銅層12〇之間的黏附。 __ - 12 _ &張尺度適财ϋ鮮(CNS)織格(加^^---- 518718 A7 B7 五、發明説明（1〇 在圖4F中，平面地將障壁層115與鋼層12〇蝕刻到第二個 絕緣層108的頂部表面，而形成第二個金屬互連u〇a與小 徑孔120b。此一第二個金屬互連12(^填充凹槽ιι〇，而小 徑孔120b則將第二個金屬互連12〇&連接到第一個金屬互連 106。舉例來說，平面蝕刻技術使用化學機械抱光 技術。 圖5A至·圖5C係解說形成雙重鑲嵌結構銅互連之方法的 剖面圖，此一方法係根據本發明之孝己個具體實施例。 在圖5A中，在形成開口丨12之生成結構的整個表面上形 成一障壁層1 1 5，此一開口 112係以類似於本發明第一個具 體實施例所描述的方式來形成的。使用離子化物理氣體沈 積（PVD)過程，在障壁層115上形成種子層13〇。如於第一 個具體實施例中所敘述的，使用如圖丨或圖2所示之物理氣 體沈積（PVD)裝置來實施離子化物理氣體沈積（pvD)過程。 控制離子化物理氣體沈積（PVD)的變數，使得種子層1 3〇 僅幵> 成於開口 1 12的側壁上與第二個絕緣層} 〇 8的頂部表面 。更具體地說，雖然未於小徑孔i丨丨的底部形成種子層1 3〇 ，卻於小徑孔Π 1的側壁、凹槽11 0的底部與側壁，以及第 一個纟巴緣層1 3 0的頂部表面上，形成連讀的種子層1 3 〇。為 了實現此一結果，控制製造電漿的電源與加速離子的射頻 (RF)偏壓，以濺射形成於開口 1 12底部之種子層1 3 0的整個 表面。既然未於開口 1 12的底部形成種子層130，而且將重 新歲射的粒子重新沈積於開口 1 3 〇的側壁，便於側壁上形 成足夠厚度的種子層130。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518718
:濺射開口 112底部的種子層130時，也視需要移除形成 、巧口 130底部的障壁層115，以暴露第一個金屬互連 的預定區域較佳。#果，在開σ 112的側壁與第二個絕緣 層108的頂部表面形成障壁層U5與種子層丨3〇，並於開口 的底邛形成具有暴露結構的第一個金屬互連1 〇 6。假如 移除形成於第一個金屬互連1〇6上的障壁層u5，則呈有低 接觸電阻—之互連便可形成。同樣可以移除形成於開口 "2 ^ Ρ的障土層11 5，以及可以蝕刻第一個金屬互連丨的頂 I5表面。因此，在形成㈤口 i 12之後，可能跳過清潔過程 ，而此一清潔過程係在移除形成於第一個金屬互連1〇6表 面上的氧化層。 在圖5B中，使用電鍍技術，於形成種子層之半導體 基板1〇〇的整個表面上形成銅層133。既然在開口 ιΐ2的側 壁上形成足夠厚度的連續種子層13〇，開口 112無空隙填充 銅層133。退火過程以於攝氏2〇〇度實施較佳，以安定化銅 層Π3，並加強障壁層115與銅層133之間的黏附。假如顆 粒成長於銅層133與第一個金屬互連1〇6之間，且在退火過 程期間已移除第一個金屬互連1〇6之障壁層115，則接觸電 阻可變得較低。 在圖）c中，將障壁層115與銅層133平面地蝕刻到第二個 絕緣層108的頂部表面，而形成第二個金屬互連133&與連 接第一個金屬互連106到第二個金屬互連133&的小徑孔 133b。 根據此一第二個具體實施例，在開口 112的側壁上形成
裝 訂
-14-
518718 A7 __ B7 五、發明説明（12 ) 具有良好輪廓之種子層13〇,而以銅層133無空隙填充開口 1 12。而且比較第一個具體實施例，移除第一個金屬互連 106上的障壁層115，以降低接觸電阻。 圖6 A至圖6C係解說形成雙重鑲嵌結構銅互連之方法的 °,J面圖，此一方法係根據本發明之第三個具體實施例。 在圖6A中，在形成開口 112之生成結構的整個表面上形 成卩羊土 4 11 5，此一開口 112係以類似於本發明第一個具 體實施例所描述的方式來形成的。使用離子化物理氣體2 積（PVD)過程，在障壁層115上形成種子層14〇。如於第一 個具體實施例中所敘述的，使用如圖i或圖2所示之物理氣 體尤積（PVD)裝置來實施離子化物理氣體沈積（pvD)過程。 在移除形成於開口 112底部之障壁層115後，實施離子化 物理氣體沈積（PVD)過程。在形成開口 112之生成結構的整 個表面上，另外形成種子層14〇。舉例來說，使用包括兩 步驟的離子化物理氣體沈積（PVD)過程來形成種子層14〇。 離子化物理氣體沈積（PVD)過程的第一個步驟，是在重新 濺射開口 1 12底部上的種子層14〇，以及已移除其上之障壁 層1 1 5的情況下實施的。因此，是在移除障壁層丨丨5後，於 留在開口 112側壁與第二個絕緣層1〇8頂部表面上障壁層 Π5上形成種子層140。在移除開口 112底部的障壁層ιΐ5， 以及在其側壁上形成具有足夠厚度以防止凝聚現象的種子 層140之後，便實施離子化物理氣體沈積（pVD)過程的第二 個步驟。第二個步驟的沈積速度高於第—個步驟的沈積速 度，如此減少重新濺射的現象，以於形成開口丨丨2之生成 15- $紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)- ------____ 518718 A7 ____ B7 五、發明説明（13 ) ' "~~ 結構的整個表面上，另外形成種子層丨4〇。也就是說，和 第一個步驟比較起來，施加相對較高之製造電漿的電源， 以及相對較低或相等的射頻（RF)偏壓，以實施第二個步驟 。所以，在已移除障壁層U 5之開口 n 2的底部，另外形成 種子層140以產生一種結構，而在此一結構中種子層14〇連 接到第一個金屬互連1 06。 在圖6B·中’使用電鍍技術，於形成種子層14〇之半導體 基板100的整個表面上形成銅層丨43。既然在開口 n2的側 壁上形成足夠厚度的種子層丨4〇，開口 i丨2可以無空隙填充 銅層143。類似於第二個具體實施例，假如實施退火過程 ，以於第一個金屬互連106與銅層143之間成長顆粒，則接 觸電阻可變得較低。 在圖6C中，將障壁層115與銅層143平面地蝕刻到第二個 絕緣層108的頂部表面，而形成第二個金屬互連143a與小 徑孔143b。此一小徑孔143b連接第一個金屬互連1〇6到第 二個金屬互連143a。 根據此一第二個具體實施例，如第二個具體實施例所提 及的，可能用銅層143無空隙填充開口112,而降低接觸電 阻。 用來改善種子層輪廓的離子化物理氣體沈積（pVD)過程 是以低沈積速度實施的。與傳統方式比較，製造電漿的電 源減少了，而加速離子的射頻（RF)偏壓則增加了。因此， 儘管減少了沈積速度，卻改善了種子層的步階披覆特性。 於是，在開口之側壁上形成具有足夠厚度種子層以防止不 -16-
518718
連續現象後，便以較第一個步驟快的速度，實施離子化物 理氣體沈積（PVD)過程的第二個步驟。也就是說，和第一 個步驟相較，施加相對較高之製造電漿的電源，以及相對 較低或相同之射頻（RF)偏壓，以實施第二個步驟。 假如使用此一包括兩步驟（第一個步驟是用來改善種子 層的側壁輪廓，而第二個步驟是另外形成種子層）之離子 化物理氣-體沈積（PVD)過程來形成種子層，則可於開口之 側壁形成具有良好輪廓之種子層。而且，可能避免低的沈 積速度降低了生產力。 現在，在下文中將參考圖7與圖8，敘述比較傳統技術與 本發明之較佳具體實施例的結果。 圖7A顯示銅種子層之掃瞄式電子顯微鏡（SEM)照片，此 一銅種子層係使用先前技藝之物理氣體沈積（pvD)技術來 形成的，而圖7B是圖7A之「X」部份的放大圖。圖8八顯示 銅種子層之掃瞄式電子顯微鏡（SEM)照片，此一銅種子層 係根據本發明之較佳具體實施例.，而圖8β是圖8八之「X」 部份的放大圖。 用來比較種子層（根據先前技藝與本發明之較佳具體實 施例）輪廓的檢測實施如下。在半導體基板上，形成具有 4 500埃厚度之電漿強化四乙基正矽酸鹽（PE-TEOS)層之後 ，使用鑲嵌技術形成第一個銅互連。在含有第一個銅互連 的絕緣層上，形成具有1 8000埃厚度之電漿強化四乙基正 矽酸鹽（PE-TEOS)層，以作為中間層之絕緣層。圖案化中 間層之絕緣層，以形成具有7000埃深度之凹槽，與具有 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518718 A7 B7 五、發明説明（15 ) 1 1 0 0 0埃深度之小徑孔。在形成凹槽與小徑孔之生成結構 的整個表面形成具有450埃厚度的T aN層，以作為障壁層 。使用離子化物理氣體沈積（PVD)過程，在障壁層上形成 15 00埃厚度之銅種子層，其中該離子化物理氣體沈積 (PVD)過程係用如圖2所示之物理氣體沈積（pvd)裝置來實 施的。 根據先-刖技藝用來形成銅種子層之離子化物理氣體沈積 (PVD)過程，係在對乾子施加製造電漿之直流（Dc)電源 (3 0kW)，而未對夹盤施加射頻（RF)偏壓的條件下實施的。 根據本發明之銅種子層，係使用包括兩步驟之離子化物理 氣體沈# (PVD)過程來形成的。第一個步驟是在對乾子施 加製造電漿之直流（DC)電源（30kW)，而且對夾盤施加射頻 (RF)偏壓（250W)的條件下，形成具有5⑻埃厚度的銅種子 層。第二個步驟則是類似於先前技藝，在對靶子施加製造 電漿之直流（DC)電源（30kW)，而未對夾盤施加射頻（RF)偏 壓的條件下，另外形成具有1000埃厚度的銅層。 如圖7A與圖7B所示，假如根據先前技藝形成種子層， 則在小徑孔之側壁發生種子層的凝聚現象。這是因為沈積 於小徑孔側壁之銅種子層的厚度不足。因此由凝聚現象引 起的不連續種子層’於使用電鍍技術來形成銅層的過程期 間，在小徑孔裡形成空隙。 相反地，如圖8A與圖8B所示，假如根據本發明形成種 子層，則在小徑孔之側壁形成連續之銅種子層。於是，使 用電鑛技術來形成銅層，以無空隙填充小徑孔。並且移除 -18 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公袭) 518718 A7 B7 五、發明説明（16 小徑孔底部之障壁層，以暴露第一個銅互連。 基於上述結果’證貫了使用根據本發明形成種子層之方 法’可於小徑孔之側壁形成連續之種子層。換句話說，在 形成種子層之離子化物理氣體沈積（PVD)過程期間，控制 製造電漿之直流（DC)電源，及基板偏壓，以於開口之側壁 ’形成具有良好步階彼覆特性之種子層。 如到目前為止所提及的，既然可以使用離子化物理氣體 沈積（PVD)過程，在開口之側壁上形成具有良好輪廓之種 子層，此一開口可以無空隙填充銅層。而且，既然在形成 種子層期間，可以視需要移除小徑孔底部之障壁層，則降 低較低之金屬互連與小徑孔之間的接觸電阻，以加強半導 體裝置的電氣特性。 在圖式與專利说明書中’已揭示本發明之典型的較佳具 體實施例，雖然未使用特殊術語，而僅使用一般與說明的 觀念，但這並不是由下列申請專利範圍所陳述之本發明之 範圍與限制的目的。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

Claims (1)

  1. 518718
    1. 一種形成鑲嵌互連之方法，其包括： 在半導體基板上形成絕緣層； 圖案化與蝕刻此一絕緣層以形成一開口，此一開口 暴絡出該半導體基板之預定區域；及 形成種子層，此一種子層.僅覆蓋開口之側壁與絕緣 層之頂部表面， 其中藉由在形成開口之生成結構的整個表面上沈積 该種子層，以及重新丨賤射留在開口底部之種子層，來形 成該種子層。 2.根據申清專利範圍第1項之方法，其中該種子層係使用 離子化物理氣體沈積（PVD)裝置來形成的，此一裝置具 有靶子與夾盤，該靶子相應於施加製造電漿之電源的陰 極’而該夾盤安置成於靶子相對，其相應於施加用來: 速離子之射頻（RF)偏壓的陽極。 1根據申凊專利範圍第1項之方法，其中該種子層係由選 自由銅、鋁，與其混合所組成之群之一所製成的。 4. 根據中請專利範圍第lJS之方法，纟中在形成該種子層 後，此一方法進一步包括步驟： 在該種子層上形成銅層以填充該開口；及 平面地蝕刻該銅層與種子層到該絕緣層的頂部表面。 5. 根據中請專利範圍第4項之方法，μ銅層係使用電錢 技術來形成的。 中在形成該種子層 口之生成結構的整 6.根據申請專利範圍第1項之方法，其 之刖，此一方法進一步包括在形成開 -20- 518718 申請專利範圍 ABCD 個表面上，形成障壁層。 7 ·根據申請專利範圊 日士 、目+ 圍弟6項之方法，其中當形成該種子層 …視需要移除開口底部之障壁層。 ::申明專利轮圍第6項之方法，其中該障壁層係選自 1、TlN、W、WN、Ta，與TaN所組成之群之一所製 成。 9.根據申請專利範圍第1項之方法，其中該開口包括小徑 孔與凹槽，其中小徑孔暴露基板之預定區域。 10.一種形成鑲嵌互連之方法，其包括： 在半導體基板上形成絕緣層； 圖案化與蝕刻此一絕緣層以形成 此一開 暴露出該半導體基板之預定區域；及 使用離子化物理氣體沈積（PVD)過程，在形成開口之 生成結構的整個表面上形成初始種子層； 在第一個步驟中，濺射開口底部、將重新沈積於開 口側壁之初始種子層，使得餘留在開口底部之初始種子 層相對地較其側壁上的初始種子層薄，及 在第二個步驟中，於形成開口之生成結構的整個表 面上，形成另外的種子層。 11.根據申請專利範圍第10項之方法，其中該離子化物理氣 體沈積（PVD)過程，係使用一種離子化物理氣體沈積 (PVD)裝置來實施，此一裝置具有靶子與夾盤，該乾子 相應於施加製造電漿之電源的陰極，而該夾盤安置成於 乾子相對’其相應於施加用來加速離子之射頻（Rp)偏壓 21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 線 518718 A8 B8
    的極。 12_=C圍第11項之方法，其中第二個步驟的電 壓等於戍低二：的電源南’而第二個步驟的射頻⑽)偏 、或低於苐一個步驟的射頻（RF)偏壓。 申請專利範圍第12項之方法，其中錢射開口 初始種子層的步驟，係_直實施到暴露 二 種子層為止。 卜面之初始 14·=據申請專利範圍第10項之方法，其中在形成該另外的 種子層後，此一方法進一步包括步驟： 在該另外的種子層上形成銅層以填充該開口；及 平面地蝕刻該銅層與另外的種子層到該絕緣層的頂 部表面。 —種鑲嵌互連結構，其包括： 一半導體基板； 開口 此一開口穿越絕緣層以暴露出該半導體基 板的預定區域；及 形成於開口側壁與底部之種子層，而開口側壁之種 子層相對地比其底部之種子層厚。 16·根據中請專利範圍第15項之鑲嵌互連結構，$_步包括 一銅層，此一銅層填充形成種子層之開口。 17·根據申請專利範圍第15項之鑲嵌互連結構，進一步包括 一障壁層，此一障壁層係形成於開口之側壁與種子層之 間0 18.根據申請專利範圍第17項之鑲嵌互連結構，其中視需要 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 518718 8 8 8 8 A B c D 々、申請專利範圍 移除開口底部之障壁層。 19.根據申請專利範圍第15項之鑲嵌互連結構，其中該開口 包括小徑孔與凹槽，其中該小徑孔暴露出半導體基板之 預定區域。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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